快速限流器

快速限流器

快速限流器作為限流器的一種,其具有開斷速度快、分段容量大等特點。其主要功能就是解決在預期短路電流異常高時,在短路電流首半波上升的初期,對其加以限制,使其不能達到首半波峰值,即破壞現有系統母線、開關、電纜的動穩定。

作用原理

快速限流器 快速限流器

快速限流器的工作原理如圖 1 所示。它由下列部分組成:①專用電流互感器;②電子檢測器;③電容器;④點火觸發變壓器;⑤可爆破開斷的雷管橋與其並聯的高壓限流熔斷器。 雷管橋的電阻是μΩ極,並聯的高壓限流熔斷器的電阻則是 μΩ 極,所以正常狀態下電流幾乎從雷管橋流過。當短路故障發生時,專用電流互感器①將故障電流瞬時值和電流上升率di/dt 值傳給電子檢測器②進行檢測。當故障電流瞬時值和電流上升率 di/dt 值超過規定值後就發出點火脈衝, 通過電容器③將點火脈衝傳送給點火觸發變壓器,引爆載流雷管橋中的雷管。只有這種爆破方式,才能使雷管橋開斷斷口產生足夠高的速度, 迅速實現雷管橋由低電阻轉為高電阻, 即雷管橋的電阻由遠小於高壓限流熔斷器的電阻, 轉為遠大於高壓限流熔斷器的電阻。這個轉變過程在極短時間由(約幾個微秒到幾十微秒)完成的,迅速開斷雷管上的故障電流。再由並聯的高壓限流熔斷器, 吸收由雷管橋開斷故障電流可能產生的過電壓及開斷限流電流。

結構

快速限流器 快速限流器

圖 2 示出 IS—快速限流器的結構。它由一個絕緣外殼組成(3) ,其內裝有 2 個管狀觸頭,帶有縱向槽,而且一端連線線端,而另一端焊在一起。在這個管狀觸頭內裝有雷管(2) ,雷管藉助點火裝備通過電容器放電而爆炸。

圖3示出12kV 2000A IS—快速限流器單極外形結構。圖中,1 底盤,2 支柱絕緣子,3 帶鎖緊裝置接線端子,4 高壓限流熔斷器,5 可伸縮的接觸點,6 帶脈衝變壓器的支柱絕緣子。只要操動帶鎖緊裝置的接線端子上的手槽,就可迅速地更換 IS—快速限流器的主件。

快速限流器 快速限流器

圖 4 示出 IS—快速限流器的主件。圖中,7 高壓限流熔斷器鑑別信號裝置,8 絕緣管,9 雷管橋,10 雷管,11 主迴路鑑別信號裝置,12 熔體。

圖 5 示出雷管橋。銅質雷管橋爆破時,從中部斷開,在爆炸衝擊力的作用下,四塊導片分別向上、下、左、右四個方向捲曲,在高壓限流熔斷器的熔體熔化前,形成一個具有一定絕緣水平的斷口,隨後高壓限流熔斷器完成最終的限流開斷。爆炸產生的推力將載流的雷管橋從載流狀態轉變為隔離狀態,故障電流瞬時轉移到高壓限流熔斷器,完成限流開斷。整個過程在 5ms 內結束。

快速限流器 快速限流器
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套用

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德國 ABB Calor Emag 公司於 1955 年發明了快速限流器, 20 世紀 60 年代初首批產品投放市場,至今生產幾千套,分布在幾十個國家使用良好,該產品積 50 餘年的經驗和無數次改進, 是一個技術上成熟的產品。其參數做到額定電壓 750V、12kV、17.5kV、24kV、36kV、40.5kV,額定電流 1250~4500A,最大預期開斷電流有效值 140~210kA。 用快速限流器來保護貴重的大型電力設備(如發電機等) ,可使嚴重的故障電流損害大幅減輕,實現電力系統安全運行,不但在技術上解決了系統安全運行問題,而且具有非常高的綜合經濟效益和社會效益。圖 6 示出使用快速限流器一例。

故障電流限制器有用爆炸方式的故障電流限制器,如 ABB 的 IS—快速限流器,也有超導故障電流限制器,簡稱超導限流器,超導限流器是新興技術,現還處於樣品研究階段, 而爆炸式限流器技術成熟,並已取得運行經驗。

對於異常高的短路電流第一個大半波峰值,斷路器由於動作太慢不能提供任何保護,只有快速限流器可以在電流上升的初期(小於一毫秒)即對其感知並加以限制,並在短路電流瞬時值還遠沒上升到預期峰值之前將其開斷,所出現的短路電流最大瞬時值永遠低於短路電流第一個大半波峰值。

在國家電網的套用 在國家電網的套用

與複雜的常規解決方案相比較,UFCL快速限流器套用在變壓器或發電機饋線中,套用在開關電器的母聯中,和套用在與電抗器並聯的接線中,兼具技術合理,經濟優惠的優點。作為發電廠、大型工業區和配電網的開關電器,UFCL快速限流器是解決短路電流難題的一個理想的開關設備。UFCL由英諾威電氣自主研發,產品最大額定電壓達40.5kV,最大額定電流達6300A,預期短路開斷電流可達200kA,技術性能已達到國際先進水品,產品現已在國家電網、冶金、化工、石油石化、水泥、紙漿等行業得到廣泛使用,產品的可靠性並已經得到眾多工程的嚴苛考驗。

主要特點:

•遵從GB3906和IEC62271.200等標準。

•獨特的多斷口爆破切割結構,造就了卓越的性能和高可靠性。

•易於安裝和維護,節約成本。

•既可套用於戶內,亦可用於戶外。

•可安裝於金屬封閉、空氣絕緣的開關櫃中,櫃型可根據需要特殊定製。

•不論是陸地還是海上,不論是酷暑還是嚴冬,嚴苛的工況亦能運行無憂

•高可靠性已在眾多工程中的得到驗證。

技術參數:

額定電流(A) 630/1500/2000/2500/3150/4000/5000/6300

額定電壓(kV) 3.6/7.2/12/20/40.5

額定預期短路開斷電流(kA)rms 63/80/100/150/200

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